魏 凱 宋述古 劉子勇 王金濤

(1.青島市計(jì)量測(cè)試所，青島 266101；2.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029)

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立式金屬罐容量計(jì)量的圍尺法國(guó)內(nèi)外測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差異性研究

魏 凱1宋述古1劉子勇2王金濤2

(1.青島市計(jì)量測(cè)試所，青島 266101；2.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029)

在對(duì)比JJG 168—2005《立式金屬罐容量》檢定規(guī)程和ISO 7507.1:2003《立式圓筒形儲(chǔ)罐的標(biāo)定-圍尺法》條款內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合立式金屬罐容量檢定的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，從檢定條件、儀器設(shè)備、檢定方法、附錄內(nèi)容四個(gè)方面對(duì)國(guó)內(nèi)、外立式金屬罐測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的差異進(jìn)行了詳細(xì)分析，為今后《立式金屬罐容量》檢定規(guī)程的改進(jìn)提出了具體的建議。

計(jì)量學(xué)；容量計(jì)量；立式金屬罐；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；圍尺法；差異

0 引言

立式金屬罐是由若干層圈板垂直焊接而成的圓筒形金屬罐，具有計(jì)量準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是石油、液體石油產(chǎn)品及其他液體貨物貿(mào)易結(jié)算、收發(fā)交接的重要計(jì)量器具[1,2]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，對(duì)原油的需求量也逐年快速增長(zhǎng)。據(jù)測(cè)算，到2020年前后，我國(guó)石油消費(fèi)量將超過7億噸/年，其中進(jìn)口石油將達(dá)到4.2億噸/年，年進(jìn)口石油貿(mào)易額將超過2300億美元。在這些驚人的數(shù)字背后，如何保證立式金屬罐對(duì)石油等化工產(chǎn)品計(jì)量的準(zhǔn)確性更為貿(mào)易雙方所重視，這就給我國(guó)立式金屬罐容量計(jì)量技術(shù)的研究工作提出了更高要求，而研究對(duì)比國(guó)外同類技術(shù)文件，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)取長(zhǎng)補(bǔ)短是快速提高自身技術(shù)水平的一條行之有效的道路。按照OIMLR71、ISO 7507和JJG 168—2005的技術(shù)要求，立式金屬罐容量計(jì)量的方法分為：圍尺法、光學(xué)基準(zhǔn)線法、光學(xué)三角測(cè)量法和光電測(cè)距法。其中的圍尺法是通過鋼卷尺直接測(cè)量立式金屬罐各層圈板的周長(zhǎng)而得出各圈板直徑的辦法[3]，是最為準(zhǔn)確可靠的立式金屬罐計(jì)量方法，被國(guó)內(nèi)、外技術(shù)機(jī)構(gòu)作為立式金屬罐計(jì)量必備的仲裁技術(shù)手段。本文將在ISO 7507-1:2003《圍尺法》與JJG 168—2005相關(guān)技術(shù)條款進(jìn)行對(duì)比的基礎(chǔ)上，分別從檢定條件、儀器設(shè)備、檢定方法、附錄內(nèi)容四個(gè)方面介紹總結(jié)二者之間的主要技術(shù)特點(diǎn)差異，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)討論分析這些技術(shù)差異的合理性，為今后我國(guó)技術(shù)規(guī)范改進(jìn)提出建議。

1 國(guó)內(nèi)、外測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的差異性分析

1.1 檢定條件

ISO 7507-1要求儲(chǔ)罐裝液到標(biāo)稱容量至少一次，穩(wěn)定時(shí)間24h以上；JJG 168—2005水壓試驗(yàn)則要求將水充裝到罐總?cè)萘康?0%以上，穩(wěn)定時(shí)間不少于72h，可見國(guó)內(nèi)規(guī)程的試壓要求更加嚴(yán)格。ISO 7507-1建議客戶為檢定人員提供標(biāo)有尺寸的儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，并要求檢定人員在測(cè)量過程將實(shí)測(cè)值與圖紙數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果存在差異應(yīng)及時(shí)與客戶溝通，必要時(shí)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤。

總體上，ISO 7507-1對(duì)技術(shù)要求的描述更加細(xì)致和科學(xué)，尤其強(qiáng)調(diào)執(zhí)行時(shí)注意事項(xiàng)和相關(guān)法律、制度的重要性，對(duì)安全事項(xiàng)的描述也非常細(xì)致，對(duì)可能存在的安全隱患進(jìn)行了逐項(xiàng)要求，確保檢定人員在操作實(shí)施過程中不會(huì)存在偏差和遺漏。

1.2 儀器設(shè)備

JJG 168—2005對(duì)檢定設(shè)備和配套設(shè)備的測(cè)量范圍、準(zhǔn)確度等級(jí)或最大允許誤差、型號(hào)規(guī)格進(jìn)行了簡(jiǎn)單說明，ISO 7507-1則在列舉檢定設(shè)備和配套設(shè)備技術(shù)參數(shù)的同時(shí)，還對(duì)設(shè)備的材質(zhì)、機(jī)械性能、使用方法等進(jìn)行了明確的規(guī)定。如對(duì)量油尺的要求就包括：材質(zhì)含碳量、抗拉強(qiáng)度、膨脹系數(shù)、檢定方法、準(zhǔn)確度要求、尺面刻線要求、尺坨及掛鉤的結(jié)構(gòu)和安裝要求等。由此可見，ISO 7507-1對(duì)設(shè)備的性能指標(biāo)陳述非常詳細(xì)，針對(duì)性很強(qiáng)；同時(shí)也對(duì)測(cè)量設(shè)備的管理和使用提出了要求。在立式金屬罐測(cè)量這個(gè)工作環(huán)境惡劣、設(shè)備工作強(qiáng)度大的檢定項(xiàng)目里，測(cè)量設(shè)備經(jīng)常會(huì)處于超負(fù)荷的工作狀態(tài)，容易出現(xiàn)因設(shè)備工作不正常造成的質(zhì)量事故。所以，國(guó)內(nèi)的技術(shù)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與設(shè)備生產(chǎn)廠家緊密合作，在設(shè)計(jì)制造出高水平的測(cè)量設(shè)備的同時(shí)，還要在技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量控制文件中制定周詳?shù)脑O(shè)備自校、程序維護(hù)和保養(yǎng)的要求。例如ISO 7507-1所規(guī)定的在收放鋼卷尺的過程中要用力均勻，在鋼卷尺使用前后一定要清潔尺帶，并均勻地涂抹油脂，要以具體的措施保證設(shè)備始終處于最佳的測(cè)量狀態(tài)。

1.3 檢定方法

1.3.1 圓周長(zhǎng)檢定方法

ISO 7507-1與JJG 168—2005都采用在立式金屬罐的固定位置進(jìn)行水平圍尺操作的方法，但是操作程序有所差別。JJG 168—2005外圍尺法先將鋼卷尺緊貼罐壁使二者溫度平衡，然后每隔3m使用夾尺器和拉力器沿罐壁的切線方向給鋼卷尺施加固定的拉力，并用磁性表座對(duì)鋼卷尺進(jìn)行固定。這種操作程序與ISO 7507-1相比更加科學(xué)，可以確保鋼卷尺每一段距離所受的拉力相同，多次測(cè)量的重復(fù)性也會(huì)更好。因此，JJG 168—2005可以達(dá)到比ISO 7507-1更高的圍尺允差要求，見表1。

表1 國(guó)內(nèi)、外圍尺圓周長(zhǎng)允差要求

ISO 7507-1正常檢定時(shí)的圍尺位置與JJG 168—2005圍尺位置的選取差別并不大，均在每層圈板板高的1/4和3/4處[4]；不同的是ISO 7507-1針對(duì)仲裁檢定規(guī)定了特殊的圍尺位置,見表2。

表2 2ISO 7507-1仲裁檢定圍尺位置要求

在后續(xù)檢定時(shí)，如何保證圍尺位置與首檢位置的一致性也非常重要(體現(xiàn)罐體同一位置周長(zhǎng)的變化)。由于圍尺的位置往往受到罐壁附件影響而進(jìn)行上下調(diào)整，所以筆者所在的技術(shù)機(jī)構(gòu)在檢定過程中除了記錄圍尺的高度數(shù)據(jù)，同時(shí)還通過數(shù)碼照片對(duì)圍尺高度、圍尺起點(diǎn)、跨越的障礙物等細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的記錄，避免了后續(xù)檢定時(shí)因圍尺位置和人員操作等原因?qū)y(cè)量結(jié)果造成影響。此種方法同樣可以應(yīng)用在對(duì)罐底附件的測(cè)量過程中。

JJG 168—2005中規(guī)定的內(nèi)鋪尺法，在ISO 7507-1中沒有相對(duì)應(yīng)的條款，分析其原因主要是內(nèi)鋪尺法操作時(shí)鋼卷尺是依靠檢定員給鋼直尺施加的下壓力與罐壁貼合的。于是檢定員的下壓力直接影響了鋼卷尺與罐壁的貼合緊密性：下壓力越大貼合的越好，測(cè)量的數(shù)據(jù)與約定真值越接近。但是下壓力無法給予量化要求，因此測(cè)量結(jié)果會(huì)因檢定員的不同或者壓尺手法的改變而發(fā)生變化。同樣，鋼卷尺在依據(jù)JJG 4—1999《鋼卷尺》進(jìn)行溯源檢定時(shí)，檢定員會(huì)給尺帶施加49N或者98N的拉力，并給出相應(yīng)的修正值[5]，這種測(cè)量方式在外圍尺法中不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，而內(nèi)鋪尺法是在沒有拉力的狀態(tài)下使用鋼卷尺。雖然JJG 168—2005的7.4.1.2條款列出了尺帶彈性的修正公式，但是，實(shí)際操作中，內(nèi)鋪尺法無法像外圍尺法一樣與罐壁進(jìn)行溫度平衡，鋼卷尺彈性模量和截面積也會(huì)受到環(huán)境條件的影響而變化，這時(shí)得到的測(cè)量結(jié)果很難依靠公式進(jìn)行修正。所以筆者認(rèn)為，在內(nèi)鋪尺法的操作過程中，首先要保證鋼卷尺的尺帶不存在凹凸不平或者彎折現(xiàn)象；其次，在鋼卷尺溯源時(shí)最好能夠采用零拉力檢定，以盡可能地還原鋼卷尺實(shí)際鋪尺時(shí)的使用狀態(tài)[6]。

ISO 7507-1中還重點(diǎn)講解了焊縫修正值的計(jì)算方法，見表3。

表3 跨越規(guī)修正值計(jì)算方法

另外，對(duì)圈板的油漆厚度，ISO 7507-1也要求進(jìn)行測(cè)量，用來修正外圍尺的圓周周長(zhǎng)，JJG 168—2005中則未提及對(duì)油漆厚度的測(cè)量，建議在以后的技術(shù)規(guī)范起草中予以考慮。

1.3.2 罐底檢定方法

國(guó)外儲(chǔ)罐底為規(guī)則的幾何形狀(如：錐形、半球形、半橢球形、球缺形)，多數(shù)采用ISO 4269容量法測(cè)量罐底量，此種方法比幾何法準(zhǔn)確性高，但是工作量大，工作效率較低；JJG 168—2005則主要立足我國(guó)國(guó)情，采用幾何測(cè)量法對(duì)不規(guī)則罐底的容量進(jìn)行計(jì)算，基本能夠滿足客戶的要求。

1.3.3 浮盤檢定方法

ISO 7507-1與JJG 168—2005對(duì)浮盤的檢定方法基本相同。ISO 7507-1對(duì)使用容量法測(cè)量浮頂質(zhì)量時(shí)，判定浮盤完全起浮的方法描述明確，可操作性稍強(qiáng)。ISO 7507-1還明確指出浮頂質(zhì)量應(yīng)當(dāng)包括：外浮盤上扶梯質(zhì)量的一半、連接于浮盤底部的部分附件質(zhì)量的一半、軟性或鉸接式排水管質(zhì)量。浮盤質(zhì)量應(yīng)當(dāng)作為技術(shù)重點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)與圖紙逐一核實(shí)，筆者所在的技術(shù)機(jī)構(gòu)在根據(jù)圖紙核實(shí)浮盤質(zhì)量時(shí)，通常要求浮盤施工方技術(shù)人員在浮盤質(zhì)量匯總表上簽字認(rèn)可，并加蓋公章存檔。

1.3.4 參照高度與液位計(jì)檢定方法

ISO 7507-1與JJG 168—2005對(duì)參照高度的測(cè)量都非常重視，測(cè)量方法也相同。而在儲(chǔ)罐實(shí)際使用過程中，用戶通常通過雷達(dá)液位計(jì)采集數(shù)據(jù)，對(duì)儲(chǔ)罐容量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，雷達(dá)液位計(jì)的溯源檢定就變得十分重要。首先，需要將雷達(dá)液位計(jì)零點(diǎn)與計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)高度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。雷達(dá)液位計(jì)在罐底零液位反射板的相對(duì)高度比較容易，關(guān)鍵在與液位計(jì)頂端的相對(duì)高度，多數(shù)情況只能通過測(cè)深鋼卷尺予以確定，但是這種測(cè)量方式是在雷達(dá)液位計(jì)未安裝的情況下進(jìn)行的，安裝后的相對(duì)高度易受法蘭和墊片厚度的影響；其次，雷達(dá)液位計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)安裝狀態(tài)也會(huì)對(duì)測(cè)量誤差產(chǎn)生影響[7]。因此，筆者建議今后的規(guī)程起草應(yīng)對(duì)雷達(dá)液位計(jì)提出進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的要求，以減少雷達(dá)液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量誤差，降低用戶由于液位測(cè)量不準(zhǔn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

1.4 附錄內(nèi)容

ISO 7507-1附錄文件內(nèi)容十分豐富，包含了圍尺時(shí)所用裝置的明細(xì)；儲(chǔ)罐標(biāo)定和容量表編制；儲(chǔ)罐標(biāo)定數(shù)據(jù)計(jì)算表；不確定度評(píng)定；罐體、鋼卷尺溫度修正；靜壓力修正和證書內(nèi)容要求。

ISO 7507-1在這些附錄文件中引入了大量的數(shù)據(jù)表格和計(jì)算實(shí)例，并對(duì)測(cè)量中的注意事項(xiàng)做了更加詳實(shí)的說明。例如在附錄B通過表格的方式給出了死量因儲(chǔ)罐直徑變化產(chǎn)生的容量修正系數(shù)，避免了因微小的直徑變化而需要重新對(duì)死量進(jìn)行復(fù)雜的測(cè)量工作，同時(shí)還列舉了圈板厚度變化造成的容量變化修正系數(shù)、罐體傾斜的容量修正系數(shù)(見表4)、溫度變化造成的容量修正變化系數(shù)和存儲(chǔ)介質(zhì)密度變化造成的容量變化修正系數(shù)。

ISO 7507-1中附錄D儲(chǔ)罐標(biāo)定的不確定度分析對(duì)各不確定分量考慮的十分全面，例如圍尺時(shí)施加在尺帶上張力的不確定度、與儲(chǔ)罐罐壁摩擦引起的沿尺帶張力的不確定度、尺帶不在同一個(gè)平面的不確定度、尺帶所在平面與儲(chǔ)罐軸線不垂直引起的不確定度、尺帶對(duì)齊的不確定度、障礙物的不確定度、儲(chǔ)罐不是理想圓筒引起的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)條件下儲(chǔ)罐底部的應(yīng)力變形和罐壁靜壓力修正的不確定度等分量都是筆者之前評(píng)定不確定度中未曾考慮到的，具有很高的學(xué)習(xí)和參考價(jià)值。

表4 罐體傾斜的容量修正

2 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)比ISO 7507-1與JJG 168—2005的技術(shù)條款，筆者認(rèn)為兩者提出的總體技術(shù)要求差別不大，不同之處主要有以下兩點(diǎn):

1)ISO 7507-1注重對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)的描述，對(duì)測(cè)量過程中技術(shù)要點(diǎn)的說明非常詳盡；而JJG 168—2005的技術(shù)條款更加具有可操作性，對(duì)各項(xiàng)測(cè)量工作的流程和計(jì)算方法都介紹的非常清楚，使檢定人員能夠按照規(guī)程要求順利地完成全部立式金屬罐檢定工作。

2)ISO 7507-1在技術(shù)要求中充分體現(xiàn)了國(guó)外技術(shù)人員對(duì)立式罐容量測(cè)量的重視程度，在嚴(yán)格的要求背后不僅是對(duì)用戶負(fù)責(zé)，更是體現(xiàn)出對(duì)技術(shù)人員自身的保護(hù)，可以避免許多未知因素對(duì)立式罐容量測(cè)量的影響，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確、有效。

如果在將來的立式罐容量規(guī)程起草過程中，能夠?qū)SO 7507-1與JJG 168—2005的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)立式罐容量測(cè)量的技術(shù)進(jìn)步，為實(shí)現(xiàn)計(jì)量事業(yè)的騰飛做出貢獻(xiàn)。

[1] 劉子勇.容量計(jì)量[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009

[2] OIML R71:2008.Fixed storage tanks-general requirements[S]

[3] JJG 168—2005立式金屬罐容量檢定規(guī)程[S]

[4] 石強(qiáng)，等.立式金屬罐容量計(jì)量檢定時(shí)問題的提出及解決方法.實(shí)用測(cè)試技術(shù)，2001(4)

[5] JJG 4—2005鋼卷尺檢定規(guī)程[S]

[6] 宏巖.鋼卷尺彈性變量對(duì)檢定立式金屬罐誤差分析.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督局，2011(10)

[7] OIML R85:2008.Automatic level gauges for measuring the level of liquid in stationary storage tanks[S]

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.2.19